Energía potencial
La energía potencial es la energía que almacena un cuerpo por su posición o configuración y que puede transformarse en energía cinética u otras formas.
La energía potencial es la energía que almacena un cuerpo o un sistema en virtud de su posición o de su configuración, y que puede transformarse en otras formas de energía, como la energía cinética. Una roca en lo alto de un acantilado, un muelle comprimido o un arco tensado guardan energía potencial lista para liberarse.
¿Qué es la energía potencial?
El término «potencial» indica que la energía está disponible «en potencia», es decir, todavía no se manifiesta como movimiento. Solo está definida para fuerzas conservativas, aquellas cuyo trabajo no depende del camino seguido sino únicamente de las posiciones inicial y final, como la gravedad, la fuerza elástica o la fuerza eléctrica. Con ellas la variación de energía potencial es igual al trabajo realizado contra la fuerza, cambiado de signo:
Como solo importa su variación, el nivel donde se asigna energía potencial cero (el «nivel de referencia») puede elegirse libremente. Se mide en julios (J), la misma unidad que el trabajo mecánico y que cualquier forma de energía.
Tipos de energía potencial
Energía potencial gravitatoria
La poseen los cuerpos por estar a cierta altura en un campo gravitatorio. Cerca de la superficie terrestre, donde la aceleración de la gravedad es casi constante:
donde m es la masa en kg, g ≈ 9,8 m/s² y h la altura en metros sobre el nivel de referencia. Para distancias grandes, como en una órbita, se usa la expresión general derivada de la ley de gravitación universal:
Energía potencial elástica
Se almacena en un cuerpo deformado elásticamente, como un muelle estirado o comprimido. Según la ley de Hooke, la fuerza recuperadora es F = −k·x, y la energía acumulada es:
siendo k la constante elástica (N/m) y x la deformación respecto a la posición de equilibrio (m).
Energía potencial eléctrica
Es la asociada a la posición de una carga en un campo eléctrico. Para dos cargas puntuales q₁ y q₂ separadas una distancia r:
Otras formas
También se habla de energía potencial química (almacenada en los enlaces de combustibles y alimentos), nuclear (en el núcleo atómico) y magnética, aunque en esos casos suele clasificarse con el nombre de la forma de energía correspondiente.
Conservación de la energía mecánica
Cuando solo actúan fuerzas conservativas, la suma de la energía cinética y la potencial se mantiene constante:
En una montaña rusa, al subir la cuesta el vagón gana energía potencial y pierde cinética; al bajar ocurre lo contrario. Si hay rozamiento, parte de la energía mecánica se disipa como calor y la energía total, incluyendo la térmica, sigue conservándose.
Ejemplos cotidianos
- El agua embalsada en una presa guarda energía potencial gravitatoria que se convierte en electricidad en las centrales hidroeléctricas.
- Un trampolín flexionado, una goma elástica o un arco tensado almacenan energía elástica.
- Un péndulo la intercambia continuamente con energía cinética: máxima potencial en los extremos y máxima cinética en el punto más bajo.
- Dos imanes o dos cargas del mismo signo, forzados a acercarse, almacenan energía potencial de interacción.
Ejercicios resueltos
1. ¿Qué energía potencial gravitatoria tiene una maceta de 2 kg situada en un balcón a 10 m del suelo? (g = 9,8 m/s²)
Ep = m·g·h = 2 · 9,8 · 10 = 196 J.
2. Un muelle de constante k = 200 N/m se comprime 10 cm. ¿Qué energía almacena?
x = 0,10 m. Ep = ½·k·x² = ½ · 200 · 0,01 = 1 J.
3. Un objeto se deja caer desde 20 m de altura. Sin rozamiento, ¿con qué velocidad llega al suelo?
Toda la energía potencial se transforma en cinética: m·g·h = ½·m·v², luego v = √(2·g·h) = √(2 · 9,8 · 20) = √392 ≈ 19,8 m/s (unos 71 km/h).
4. Un bloque de 5 kg sube de una altura de 2 m a otra de 6 m. ¿Cuánta energía potencial gana?
ΔEp = m·g·Δh = 5 · 9,8 · (6 − 2) = 196 J.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre energía potencial y cinética?
La potencial depende de la posición o configuración del cuerpo y no implica movimiento; la cinética depende de la masa y la velocidad (Ec = ½·m·v²). Ambas se convierten una en otra en muchos procesos.
¿Puede ser negativa la energía potencial?
Sí. Depende del nivel de referencia elegido. La energía potencial gravitatoria general, −G·M·m/r, es negativa porque se toma cero en el infinito; un cuerpo ligado a un planeta tiene menos energía que si estuviera infinitamente lejos.
¿Por qué se mide en julios?
Porque es una forma de energía y la energía equivale a trabajo. Un julio es el trabajo de una fuerza de 1 newton al desplazar su punto de aplicación 1 metro (1 J = 1 N·m = 1 kg·m²/s²).
¿Depende la energía potencial gravitatoria del camino seguido?
No. Al ser la gravedad una fuerza conservativa, solo importa la diferencia de altura entre el punto inicial y el final, no la trayectoria que se haya seguido para llegar.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Feynman, R. P., Leighton, R. B. y Sands, M. Física. Volumen I: Mecánica, radiación y calor. Addison-Wesley.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2025). «Energía potencial». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-potencial/
